Uniformfluss

Uniformfluss, auch gleichförmige Strömung genannt, bezeichnet eine Strömung, bei der das Geschwindigkeitsfeld unabhängig von der Position ist. In der Praxis bedeutet dies, dass die Geschwindigkeit v in jedem Punkt des Strömungsgebiets denselben Betrag und dieselbe Richtung hat. Für eine stationäre Strömung ist die Geschwindigkeit zudem zeitlich konstant; damit verschwindet die konvektive Beschleunigung (v·∇)v und ∇v = 0.

Aus der Sicht der Grundgleichungen folgt: Bei konstantem, uniformem Geschwindigkeitvektor v ist der Hebel der Beschleunigung Null, und laut der Euler-Gleichung ergibt sich ∇p = ρ g. Der horizontale Druckgradient verschwindet, während sich der Druck senkrecht zur Flussrichtung hydrostatisch mit der Tiefe ändert. Das bedeutet, dass der Druck in einer vertikalen Richtung variiert, während er in Horizontalrichtung konstant bleibt. Die Strömung besitzt keine Vorticität (ω = ∇×v = 0) und keine Scherung im Bulk; in der Praxis treten jedoch Grenzschichten und Turbulenz in der Nähe von Wänden oder Hindernissen auf, die von der Uniformität abweichen.

Vorkommen und Anwendungen: Uniformfluss dient als Referenz- oder Basisströmung in der Potenzialtheorie und zur Modellierung des freien Flusses in der Ferne eines Objekts. In der Praxis wird er als annäherndes Modell genutzt, um Lösungen zu vereinfachen, etwa in der Aerodynamik als freier Strömungszustand oder in offenen Kanälen, wenn Geschwindigkeit und Tiefe entlang einer Strecke konstant bleiben.

Begrenzungen: Die ideale Uniformität gilt nicht in der Nähe von Hindernissen, Wänden oder ändern Querschnitten; dort entstehen Rand- und Turbulenzschichten. Daher ist Uniformfluss ein theoretisches, idealisiertes Modell, das die Grunddynamik abstrahiert.